第一單元工具和機械
1. 機械是一種使我們省力或方便的裝置。 螺絲刀、錘子、剪刀等機械結(jié)構(gòu)非常簡單，也稱為簡單機械。 使用螺絲刀可以更輕松地從木頭上取下螺釘，而使用羊角錘可以更輕松地從木頭上取下釘子。 不同的工具有不同的用途，不同的工具有不同的科學(xué)原理。
2.像撬棍這樣的簡單機械稱為杠桿。 杠桿上有三個重要的位置：支撐杠桿并允許杠桿轉(zhuǎn)動的位置稱為支點； 杠桿受力的位置稱為受力點； 杠桿克服阻力的位置稱為阻力點。 當(dāng)受力點到支點的距離大于阻力點到支點的距離時，杠桿不費力； 當(dāng)受力點到支點的距離小于阻力點到支點的距離時，杠桿不費力； 當(dāng)受力點到支點的距離等于阻力點到支點的距離時，杠桿就毫不費力，毫不費力。 （也可以這樣理解：當(dāng)動力臂大于阻力臂時，杠桿省力；當(dāng)動力臂小于阻力臂時，杠桿需要力；當(dāng)動力臂等于阻力時臂，杠桿不省力也不省力。）杠桿尺上有一個支點，左右兩側(cè)都有到支點距離的標(biāo)記，是研究杠桿的好工具。 平衡杠桿尺的方法是，左側(cè)的阻力乘以阻力臂等于功率乘以右側(cè)的動力臂。
3、常用的杠桿工具中，羊角錘、鋼絲鉗、開瓶器等屬于省力杠桿； 火鉗、筷子、鑷子、面包夾、釣魚竿等都是省力的杠桿； 如：蹺蹺板、天平、桿秤、訂書機等。杠桿上不費勁也不費力。 一些杠桿工具由于其易用性而被設(shè)計得費力（例如鑷子、釣魚竿、面包夾、理發(fā)器等）。 “重量雖小，可重達千斤。” 那就是桿秤利用杠桿原理的結(jié)果（舉起一根繩子相當(dāng)于
支點，重物相當(dāng)于受力點，稱量物體相當(dāng)于阻力點）。 開瓶器、面包夾、鑷子等杠桿的支點不在受力點和阻力點之間。 我們體內(nèi)的前臂骨就像一個杠桿，肘關(guān)節(jié)相當(dāng)于支點，握住物體的點相當(dāng)于阻力點，上臂的二頭肌相當(dāng)于受力點。 阿基米德曾說過：“只要給我一個宇宙中的支點，我就能用一根長棍把地球撬起來。” 這里的棍子就相當(dāng)于杠桿。
4． 像水龍頭一樣，輪子和軸固定在一起旋轉(zhuǎn)的機器稱為軸。 螺絲刀是根據(jù)輪軸原理制成的工具，因此其手柄相當(dāng)于輪子，工具桿相當(dāng)于軸。 利用輪上的力量帶動軸移動時省力； 在軸上施加力來帶動輪子移動是需要費力的。 當(dāng)輪軸的軸線不改變時，輪子越大，用輪子帶動車軸轉(zhuǎn)動就越省力。當(dāng)車軸的輪子不改變時，輪子越大，車軸越省力。用于帶動輪子轉(zhuǎn)動，越大
不費力。 因此，螺絲刀的柄總是比刀刃厚。 當(dāng)扳手擰緊在螺母上時，就形成了輪軸。 此時整個扳手相當(dāng)于輪子，螺母部分相當(dāng)于軸。 我們生活中常用的輪軸：卷揚機、方向盤、車把、扳手、
水龍頭等
5、像旗桿頂部的滑輪一樣，固定在一個位置，轉(zhuǎn)動而不移動的滑輪稱為定滑輪； 定滑輪的作用是改變力的方向。 但使用它并不省力。 塔式起重機吊鉤上能隨重量移動的滑輪稱為動滑輪； 動滑輪具有省力的效果。 但使用它并不能改變力的方向。 力的大小可以用測力計測量。 力的單位是牛頓，簡稱“N”，用字母“N”表示。
6、將定滑輪和動滑輪組合起來組成滑輪組。 使用滑輪組不僅可以省力，而且可以改變力的方向。 定滑輪和動滑輪組合起來形成最簡單的滑輪組。 使用過程中，滑輪組數(shù)越多，越容易省力。 起重機、起重機、塔式起重機等都使用滑輪組。
7． 一種簡單的機器，如在車廂上伸展的木板，稱為斜坡。 使用斜坡可以省力，斜坡的坡度越緩，越省力，坡度越陡，越省力。 生活中用到斜角的地方很多，如“S”形公路、各種刀具、各種針、螺釘、蓋螺紋、高架橋引橋等，螺釘?shù)穆菁y就是斜角的變形。 對于相同粗細的螺釘什么叫動力臂什么叫阻力臂，螺紋越密什么叫動力臂什么叫阻力臂，就越容易擰入木材中。
研究問題：斜坡的坡度是否會影響節(jié)省的力氣？
我的假設(shè)：斜坡的坡度對節(jié)省的力氣有影響。 坡度越小越不省力，坡度越大越不省力。
需要改變的條件：坡度大小
不變的條件：板子的長度、重量、測功機、拉動測功機的速度等。
實驗方法： (1)設(shè)置三個不同的坡度。
(2)從三個不同的斜坡上拉起重物，并記錄每次測力計上的讀數(shù)。
(3)比較三個力的大小并得出結(jié)論。
實驗說明：斜坡的坡度對節(jié)省的勞動力量有影響。 坡度越小越不省力，坡度越大越不省力。
8.自行車使用杠桿（如剎車和鈴按鈕）、車軸（如把手、踏板）、
斜面（如螺釘和螺母）等簡單機械的原理。這些簡單機械節(jié)省勞動力或方便
角色。 自行車上齒輪轉(zhuǎn)動的速度與齒輪大小的關(guān)系是：大齒輪帶動小齒輪轉(zhuǎn)動時，小齒輪比大齒輪轉(zhuǎn)動快；當(dāng)大齒輪帶動小齒輪轉(zhuǎn)動時，小齒輪轉(zhuǎn)動得比大齒輪快；當(dāng)大齒輪帶動小齒輪轉(zhuǎn)動時，小齒輪轉(zhuǎn)動得比大齒輪快； 當(dāng)小齒輪帶動大齒輪旋轉(zhuǎn)時，大齒輪的旋轉(zhuǎn)速度比小齒輪慢。 通過觀察，我們發(fā)現(xiàn)自行車上的鏈條與兩個齒輪嚙合，起到傳遞動力使自行車移動的作用。
第二單元形狀與結(jié)構(gòu)
1、房屋、橋梁的結(jié)構(gòu)有直立的“柱子”和水平的“梁”。 梁比柱更容易彎曲和斷裂，因此必須提高梁的抗彎能力。 為了提高材料的抗彎性能，我們可以增加材料的寬度、增加材料的厚度或改變材料的形狀。 隨著紙張寬度的增加，抗彎曲能力也會增加； 隨著紙張厚度的增加，抗彎曲能力也會大大增加。 材料越薄，其抗彎曲能力越弱； 材料越厚，其抗彎曲能力越強。
研究問題：紙張的厚度與其抗彎能力有關(guān)嗎？
我的假設(shè)：紙張的厚度與抗彎力有關(guān)。 紙張越厚，抗彎曲能力越強。 紙張越薄，抗彎曲能力越弱。
實驗材料：20本書，10張相同尺寸的紙，幾個墊圈
變更量：紙張厚度
常量：兩摞書之間的距離、放置墊圈的力度、紙梁的彎曲程度等。
實驗步驟：（1）將兩張紙和四張紙粘在一起
⑵ 用一張紙、兩張兩種厚度的紙、四張四種厚度的紙作為紙梁，進行抗彎實驗，記錄墊圈的數(shù)量。 ⑶ 進行比較分析并得出結(jié)論
實驗說明：紙張的厚度與抗彎能力有關(guān)。 紙張越厚，抗彎曲能力越強。 紙張越薄，抗彎曲能力越弱。
2、將薄板狀材料彎曲成V、L、U、T、W或“I”等形狀，會減少材料的寬度，但會增加材料的厚度。 增加厚度可以大大增強材料的電阻。 彎曲能力。 從截面上看，一般梁都是直立放置的，因為這樣放置梁雖然減少了材料的寬度，但增加了材料的厚度，大大增強了梁的抗彎能力。 瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)可以使軟紙變硬，因為瓦楞紙板中間的結(jié)構(gòu)是W形的。 而且，瓦楞紙不僅僅是將紙張彎曲，也不是簡單地粘平以增加厚度，而是將其折疊并粘在一起，使它們結(jié)合得更緊密。
研究問題：紙張的形狀與其抗彎能力有關(guān)嗎？
我的假設(shè)：紙張的形狀與其抵抗彎曲的能力有關(guān)。 不同形狀的紙張，其抗彎曲能力不同。
實驗材料：20本書，10張相同尺寸的紙，幾個墊圈
變化量：紙張的形狀
常量：兩摞書之間的距離、放置墊圈的力度、紙梁的彎曲程度等。
實驗步驟： ⑴ 將紙張分別折成W、L、U、嘴形。
⑵ 首先用一張展開的紙作為紙梁進行實驗，記錄其能承受的墊圈數(shù)量； 然后用不同形狀的紙作為紙梁進行實驗，并記錄墊圈的強度。 ⑶ 進行比較分析并得出結(jié)論
實驗描述：紙張的形狀與其抗彎能力有關(guān)。 不同形狀的紙張，其抗彎曲能力不同。
3． 當(dāng)拱門承載重量時，它可以將壓力向下和向外傳遞到相鄰的部分，使拱門的各個部分相互擠壓，結(jié)合得更緊密。 當(dāng)足弓受到壓縮時，會產(chǎn)生向外的推力。 如果抵抗這個力，足弓可以承受很大的重量。 抵住足弓的腳可以保持足弓的形狀不變，足弓可以承載更大的重量。
4． 圓頂形狀可以看作是拱門的組合。 其優(yōu)點是拱承受壓力大，不產(chǎn)生向外的推力。 球體在各個方向上都可以看作是拱形，這使得它比任何其他形狀都堅固。 塑料瓶的頂部和底部近似為圓頂形，中部為圓柱形。 最厚、最硬的部分在瓶口，最薄、最軟的部分在瓶身。
人體的結(jié)構(gòu)非常巧妙。頭骨近似球形，可以很好地保護大腦； 拱形肋骨保護
胸部的內(nèi)臟器官； 人腳的骨頭形成一個足弓——足弓，可以更好地承受人體的重量。
生活中的拱形有：拱橋、拱門、拱門、窯洞、肋等； 圓頂形狀包括：頭盔、貝殼、龜甲等； 球形：乒乓球、骷髏頭、蛋殼等。
對于相同數(shù)量的材料，空心管比實心棒厚得多，并且其在各個方向上的抗彎曲能力是相同的。
同樣的，即重量輕、強度高。 管狀的臂骨、腿骨、植物棒、莖、鋼管等都應(yīng)用了這一原理。 中空管不僅具有很強的抗彎曲能力，而且中間可以輸送氣體和液體。
5、像鐵塔這樣的骨架結(jié)構(gòu)稱為框架結(jié)構(gòu)。 三角形的框架穩(wěn)定性最好，不易變形。 三角形和四邊形是框架結(jié)構(gòu)最基本的形狀。框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以使用較少的材料
構(gòu)造巨大的物體，支撐巨大的空間。框架中的斜桿有的起到拉力的作用，有的則起到拉力的作用。
具有推動（支撐）的功能。
6、建造高塔時，不但要堅固、不變形，而且要保持直立，不倒塌。 框架塔結(jié)構(gòu)特點：①
上輕下重、②上小下大、③空氣阻力小等。
7． 對于橋面位于拱下方的拱橋，橋板拉動拱腳，抵消拱向外的推力，減輕橋墩負擔(dān)。 橋面也比較低且平坦，很容易通過。 拱頂以上有橋面的橋梁，橋下空間較高，以方便船舶通行。 鋼索能承受巨大的拉力，人們用它來建造鋼索橋，大大增加了橋梁的跨越能力。 鋼索橋由鋼索、橋塔、橋面組成。鋼索是
橋梁的主要承重構(gòu)件，橋塔是支撐鋼索的主要構(gòu)件。 橋塔建得較高，以減少鋼纜的張力。
橋梁的四種最基本類型是：梁橋、拱橋、纜橋和浮橋。
8、用紙設(shè)計橋梁需要考慮的問題：①紙作為材料的特性； ②紙張的承載力有什么特點； ③ 選擇
形狀和結(jié)構(gòu)。 ④應(yīng)采用什么方法來增強紙張的抗彎折性能。 評價橋梁質(zhì)量的指標(biāo)：①是否堅固； ②是否節(jié)省材料； ③是否美觀。
